JP7107055B2

JP7107055B2 - 車両用構造部材

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Publication number: JP7107055B2
Application number: JP2018136980A
Authority: JP
Inventors: 孝博相藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2022-07-27
Anticipated expiration: 2038-07-20
Also published as: JP2020011688A

Description

本発明は、車両用構造部材に関する。

近年、地球環境保護の観点から、自動車の燃費改善が要求されている。その一方で、車両の衝突安全性の維持または向上が要求されている。これらの要求を満足するために、高強度かつ軽量な車体構造の開発が進められている。車両用構造部材であり、車体の骨格を形成するフレームについても、従来の衝突性能を維持しつつ車体構造の軽量化を図るために、フレームを形成する鋼板の高強度化および薄肉化が進められている。

また、車両の衝突安全性を向上させるためには、“クラッシャブルゾーン”とも呼ばれる車両のフロント部およびリア部のエネルギー吸収性能を向上させることが求められる。例えば、フロント部のクラッシャブルゾーンには、フロントサイドメンバと呼ばれる部品がある。例えば車両の前面衝突時においては、フロントサイドメンバに対し、主に部材長手方向（軸方向）から荷重が入力されることになるが、その際、フロントサイドメンバには、圧縮曲げ変形をしながらエネルギーを吸収することがより好ましいとされる。

車両衝突時にエネルギー吸収性能を向上させることを目的とする技術として、特許文献１には、中空状フレーム部材前部の内方空間が、部材長手方向において一定間隔で区切られるように複数のリブが配置された技術が開示されている。なお、中空状フレーム部材の後部にはリブは配置されていない。

特開２００４－１８２１８９号公報

特許文献１においては、荷重入力時に生じる波状の座屈の波のピッチ（座屈モードのピッチ）に関し、中空状フレーム部材の矩形断面の一辺の長さと、他辺の長さの和が一定であれば、一辺の長さと他辺の長さの割合が変化したとしても、座屈モードのピッチは変化しないことが開示されている。また、特許文献１には、正方形断面の場合に一辺の長さと座屈モードのピッチが比例関係にあることが開示されている。

しかしながら、本発明者が特許文献１の開示内容について検討したところ、特許文献１に開示された辺の長さと座屈モードのピッチとの関係は静的荷重を付与した場合に成立するものであり、実際の自動車の衝突を模擬した動的荷重を付与した場合には成立しないとの知見が得られた。したがって、特許文献１の開示に基づいて中空状フレーム部材の内方にリブを配置しても、エネルギー吸収性能を十分に向上させることができない場合もある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、車両用構造部材において、軽量化を図りつつ、車両衝突時のエネルギー吸収性能を維持または向上させることを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一態様は、車両用構造部材であって、引張強度が９８０ＭＰａ以上である金属製の中空部材と、前記中空部材の内面に接合された、該中空部材の内方空間を隔てるように該中空部材の部材長手方向に沿って間隔をおいて複数配置された板状の補強部材とを備え、前記中空部材の部材長手方向に垂直な断面における該中空部材の平面部の長さを平面幅と定義したとすると、各補強部材は、該補強部材の板面が前記中空部材の部材長手方向に垂直となる向きで、かつ前記中空部材の部材長手方向の全域にわたって前記中空部材の最小の平面幅の０．５倍以上、０．８倍以下の間隔で配置されていることを特徴としている。

上記車両用構造部材においては、部材長手方向から高荷重が入力された際に、中空部材の断面崩れを抑えることができる。これにより、荷重入力時の車両用構造部材の反力を高めることができ、エネルギー吸収性能を高めることができる。

本発明によれば、車両用構造部材において、軽量化を図りつつ、車両衝突時のエネルギー吸収性能を維持または向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る車両用フレームと他部材とが接合された状態を示す斜視図である。同実施形態に係る車両用フレームと他部材とが接合された状態を示す平面図である。同実施形態に係る車両用フレームと他部材とが接合された状態を示す側面図である。同実施形態に係る車両用フレームの概略構成を示す斜視図である。同実施形態に係る補強部材の形状を示す斜視図である。同実施形態に係る車両用フレームの、中空部材の部材長手方向に垂直な断面を示す図である。図６中のａ－ａ断面図である。図６中のｂ－ｂ断面図である。同実施形態に係る中空部材に設けられる穴部の例を説明するための中空部材の断面図である。同実施形態に係る中空部材に設けられる穴部の他の例を示す模式図である。同実施形態に係る中空部材に設けられる穴部の他の例を示す模式図である。同実施形態に係る中空部材に設けられる穴部の他の例を示す模式図である。同実施形態に係る中空部材に設けられる穴部の他の例を示す模式図である。同実施形態に係る中空部材に設けられるビード部の例を説明するための中空部材の断面図である。同実施形態に係る中空部材に設けられる凹部の他の例を示す模式図である。同実施形態に係る中空部材に設けられる凹部の他の例を示す模式図である。同実施形態に係る中空部材に設けられる凹部の他の例を示す模式図である。同実施形態に係る中空部材に設けられる凹部の他の例を示す模式図である。同実施形態に係る中空部材に設けられる凹部の他の例を示す模式図である。同実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の例を説明するための中空部材の断面図である。同実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の他の例を示す模式図である。同実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の他の例を示す模式図である。同実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の他の例を示す模式図である。同実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の他の例を示す模式図である。同実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の他の例を示す模式図である。同実施形態に係る中空部材に設けられる板厚変化部の一例を示す模式図である。同実施形態に係る中空部材に設けられる薄肉部の一例を示す模式図である。同実施形態に係る中空部材に設けられる異強度部の例を説明するための中空部材の断面図である。同実施形態に係る中空部材に設けられる異強度部の他の例を示す模式図である。同実施形態に係る中空部材に設けられる異強度部の他の例を示す模式図である。同実施形態に係る中空部材に設けられる強度変化部の一例を示す模式図である。比較例（構造２）の車両用フレームの変形状態を示す平面図である。図３２中のｃ－ｃ断面における中空部材の断面図である。図３２中のｄ－ｄ断面における中空部材の断面図である。比較例（構造３）の車両用フレームの変形状態を示す平面図である。図３５中のｃ－ｃ断面における中空部材の断面図である。図３５中のｄ－ｄ断面における中空部材の断面図である。発明例（構造５）の車両用フレームの変形状態を示す平面図である。図３８中のｃ－ｃ断面における中空部材の断面図である。図３８中のｄ－ｄ断面における中空部材の断面図である。衝突シミュレーションにおける各解析モデルのエネルギー吸収性能を比較した図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．車両用構造部材の適用対象＞
車両用構造部材の一例である車両用フレームの構成について説明する前に、当該車両用構造部材の適用対象について説明する。一般的な自動車等の車両に設けられる車体は、フロント構造（FRONT）、リア構造（REAR）、およびキャビン構造（CABIN）に分別することができる。

フロント構造およびリア構造は、車両衝突時において当該構造が自ら圧潰することにより、車両に対する衝撃を吸収して緩和する機能（衝撃吸収機能）を担っている。すなわち、車両衝突時に、キャビンに搭乗する乗員の安全を確保するために、フロント構造およびリア構造は、衝突により生じるエネルギー（衝突エネルギー）を可能な限り吸収する構造であることが要求される。したがって、フロント構造およびリア構造を構成するフレームは、衝突時に曲げや潰れが生じた際においても衝突エネルギーを多く吸収することが求められる。当該フロント構造およびリア構造に用いられるフレームは、例えばフロントサイドメンバやリアサイドメンバ等である。フロントサイドメンバは、後端部を構成するフロントサイドメンバリア、および当該後端部よりも前側の部分を構成するフロントサイドメンバフロントを含む。リアサイドメンバは、後端部を構成するリアサイドメンバリア、および当該後端部よりも前側の部分を構成するリアサイドメンバフロントを含む。

ところで、車両の衝突安全性の維持と軽量化とを両立させるために、車体構造を形成する鋼板の高強度化および薄肉化が進められている。上記のフロント構造、リア構造およびキャビン構造を構成するフレームについても、薄肉化された高強度鋼板に置き換えることが進められている。具体的には、衝突エネルギー吸収量および耐荷重性能の少なくともいずれかが、従来の鋼板により形成されるフレームと同等になるように、高強度鋼板により形成されるフレームの板厚が従来の鋼板により形成されるフレームよりも薄く設定される。これにより、高強度フレームの衝突性能を従来フレームと同等に維持しつつ、フレームの重量を低減させることができる。

＜２．車両用フレームの構成＞
（フレームの構成要素）
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用フレーム１と他部材とが接合された状態を示す斜視図である。図２は、その状態の平面図であり、図３は、その状態の側面図である。図１～図３に示す例における車両用フレーム１はフロントサイドメンバであり、フロントサイドメンバの前端はクラッシュボックス３０を介して、バンパービーム４０に接合されている。通常、フロントサイドメンバは、キャビン部の前方に左右対称に２本配置されており、図１～図３は、その片側のみ表示している。なお、車両用フレーム１は車両用構造部材の一例であり、以下単にフレーム１と記載する。フレーム１はフロント構造およびリア構造に係る部材に適用されることが好ましいが、車両用フレーム１をキャビン構造に係る部材に適用することも可能である。また、当該車両用構造部材は、自動車のみならず、他の車両および自走可能な機械にも適用可能である。他の車両および自走可能な機械には、例えば、二輪車両、バスまたは牽引車等の大型車両、トレーラー、鉄道車両、建設機械、鉱山機械、農業機械、一般機械、および船舶等が含まれる。

図４～図６に示すように本実施形態のフレーム１は、金属製の中空部材１０と、中空部材１０の内方に配置された複数の補強部材２０を備えている。

本実施形態の中空部材１０は、長尺の構造部材の一例であり、部材長手方向（本実施形態ではＸ方向）に垂直な断面の形状が矩形状となった部材である。本実施形態の中空部材１０は一体物として形成された角管状のものであるが、中空部材１０は、例えば平板状のクロージングプレートと、断面がハット形状の部材とが接合されることで構成されていてもよい。すなわち、中空部材１０は、部材長手方向Ｘに垂直な断面が閉断面となるように構成されていれば、その構成は特に限定されない。例えば本実施形態では中空部材１０の形状が多角形状の一例である矩形状であったが、中空部材１０は矩形以外の多角形状であってもよい。

図６に示すように、本実施形態の中空部材１０は４つの平面部１１ａ～１１ｄを有している。以降の説明では、それらの４つの平面部１１ａ～１１ｄのうち、図６において上側に位置する平面部を天面部１１ａ、右側に位置する平面部を側面部１１ｂ、下側に位置する平面部を底面部１１ｃ、左側に位置する平面部を側面部１１ｄと称す。また、天面部１１ａと側面部１１ｂとの境界となる部分である両平面部１１ａ、１１ｂの接続部を稜線部１１ｅ、側面部１１ｂと底面部１１ｃとの境界となる部分である両平面部１１ｂ、１１ｃの接続部を稜線部１１ｆ、底面部１１ｃと側面部１１ｄとの境界となる部分である両平面部１１ｃ、１１ｄの接続部を稜線部１１ｇ、側面部１１ｄと天面部１１ａとの境界となる部分である両平面部１１ｄ、１１ａの接続部を稜線部１１ｈと称す。

中空部材１０は、金属板により形成される。金属板の種類は特に限定されないが、例えば鋼板等の金属板により形成されることが好ましい。また、衝突性能の観点から中空部材１０の板厚は、バス等の大型の車両で多く用いられるフレーム構造では６．０ｍｍ以下が好ましく、通常のサイズの車両で多く用いられるモノコック構造車両では３．２ｍｍ以下であることが好ましい。また、中空部材１０の引張強度は特に限定されない。ただし、軽量化により低減し得るフレーム１の全体的な強度を補うために、中空部材１０の引張強度は５９０ＭＰａ以上であることが好ましい。また、中空部材１０の引張強度は９８０ＭＰａ以上であることがさらに好ましい。

補強部材２０は、板状に形成されており、矩形状の板面２０ａの各直線部にはフランジ２１ａ～２１ｄが形成されている。本実施形態の補強部材２０は、板面２０ａの形状が中空部材１０の部材長手方向Ｘに垂直な断面の形状と相似形をなしており、板面２０ａが中空部材１０の部材長手方向Ｘに垂直となる向きで、中空部材１０の内方に設けられている。補強部材２０のフランジ２１ａは中空部材１０の天面部１１ａの内面に、フランジ２１ｂは中空部材１０の側面部１１ｂの内面に、フランジ２１ｃは中空部材１０の底面部１１ｃの内面に、フランジ２１ｄは中空部材１０の側面部１１ｄの内面にそれぞれ接合されている。これにより補強部材２０が中空部材１０に対して固定されている。このように固定された補強部材２０は、部材長手方向Ｘに垂直な断面における中空部材１０の内方空間を覆う、いわゆるバルクヘッドとして機能する。なお、補強部材２０の形状は、中空部材１０の形状や、中空部材１０との接合方法等に応じ、補強部材２０がバルクヘッドとして機能するように適宜変更されるものである。

（補強部材の例）
補強部材として用いられ得るＦＲＰ部材は、マトリックス樹脂と、該マトリックス樹脂中に含有され、複合化された強化繊維材料からなる、繊維強化樹脂部材を意味する。

強化繊維材料としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維を用いることができる。他にも、強化繊維材料として、ボロン繊維、シリコンカーバイド繊維、アラミド繊維等を用いることができる。ＦＲＰ部材に用いられるＦＲＰにおいて、強化繊維材料の基材となる強化繊維基材としては、例えば、チョップドファイバーを使用した不織布基材や連続繊維を使用したクロス材、一方向強化繊維基材（ＵＤ材）等を使用することができる。これらの強化繊維基材は、強化繊維材料の配向性の必要に応じて、適宜選択され得る。

ＣＦＲＰ部材は、強化繊維材料として炭素繊維を用いたＦＲＰ部材である。炭素繊維としては、例えば、ＰＡＮ系またはピッチ系のものが使用できる。炭素繊維を用いることにより、重量に対する強度等を効率よく向上させることができる。

ＧＦＲＰ部材は、強化繊維材料としてガラス繊維を用いたＦＲＰ部材である。炭素繊維よりも機械的特性に劣るが、金属部材の電蝕を抑制することができる。

ＦＲＰ部材に用いられるマトリックス樹脂として、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂のいずれも使用することができる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、並びにビニルエステル樹脂等があげられる。熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン等）およびその酸変性物、ナイロン６およびナイロン６６等のポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタラートおよびポリブチレンテレフタラート等の熱可塑性芳香族ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンエーテルおよびその変性物、ポリアリレート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、塩化ビニル、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、並びにフェノキシ樹脂等があげられる。なお、マトリックス樹脂は、複数種類の樹脂材料により形成されていてもよい。

金属部材への適用を考慮すると、加工性、生産性の観点から、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。さらに、マトリックス樹脂としてフェノキシ樹脂を用いることで、強化繊維材料の密度を高くすることができる。また、フェノキシ樹脂は熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂と分子構造が酷似しているためエポキシ樹脂と同程度の耐熱性を有する。また、硬化成分をさらに添加することにより、高温環境への適用も可能となる。硬化成分を添加する場合、その添加量は、強化繊維材料への含浸性、ＦＲＰ部材の脆性、タクトタイムおよび加工性等とを考慮し、適宜決めればよい。

（接着樹脂層）
補強部材がＦＲＰ部材等により形成される場合、ＦＲＰ部材と金属部材（上記実施形態では中空部材１０）との間に接着樹脂層が設けられ、該接着樹脂層によりＦＲＰ部材と金属部材とが接合されてもよい。

接着樹脂層を形成する接着樹脂組成物の種類は特に限定されない。例えば、接着樹脂組成物は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれかであってもよい。熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂の種類は特に限定されない。例えば、熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィンおよびその酸変性物、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタラートやポリブチレンテレフタラート等の熱可塑性芳香族ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンエーテルおよびその変性物、ポリフェニレンスルフィド、ポリオキシメチレン、ポリアリレート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、並びにポリエーテルケトンケトン等から選ばれる１種以上を使用することができる。また、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、およびウレタン樹脂から選ばれる１種以上を使用することができる。

接着樹脂組成物は、ＦＲＰ部材を構成するマトリックス樹脂の特性、補強部材の特性または金属部材の特性に応じて適宜選択され得る。例えば、接着樹脂層として極性のある官能基を有する樹脂や酸変性などを施された樹脂を用いることで、接着性が向上する。

このように、上述した接着樹脂層を用いてＦＲＰ部材を金属部材に接着させることにより、ＦＲＰ部材と金属部材との密着性を向上させることができる。そうすると、金属部材に対し荷重が入力された際の、ＦＲＰ部材の変形追従性を向上させることができる。この場合、金属部材の変形体に対するＦＲＰ部材の効果をより確実に発揮させることが可能となる。

なお、接着樹脂層を形成するために用いられる接着樹脂組成物の形態は、例えば、粉体、ワニス等の液体、フィルム等の固体とすることができる。

また、接着樹脂組成物に架橋硬化性樹脂および架橋剤を配合して、架橋性接着樹脂組成物を形成してもよい。これにより接着樹脂組成物の耐熱性が向上するため、高温環境下での適用が可能となる。架橋硬化性樹脂として、例えば２官能性以上のエポキシ樹脂や結晶性エポキシ樹脂を用いることができる。また、架橋剤として、アミンや酸無水物等を用いることができる。また、接着樹脂組成物には、その接着性や物性を損なわない範囲において、各種ゴム、無機フィラー、溶剤等その他添加物が配合されてもよい。

ＦＲＰ部材の金属部材への複合化は、種々の方法により実現される。例えば、ＦＲＰ部材となるＦＲＰまたはその前駆体であるＦＲＰ成形用プリプレグと、金属部材とを、上述した接着樹脂組成物で接着し、該接着樹脂組成物を固化（または硬化）させることで得られる。この場合、例えば、加熱圧着を行うことにより、ＦＲＰ部材と金属部材とを複合化させることができる。

上述したＦＲＰまたはＦＲＰ成形用プリプレグの金属部材への接着は、部品の成形前、成形中または成形後に行われ得る。例えば、被加工材である金属材料を金属部材に成形した後に、ＦＲＰまたはＦＲＰ成形用プリプレグを該金属部材に接着しても良い。また、被加工材にＦＲＰまたはＦＲＰ成形用プリプレグを加熱圧着により接着した後に、ＦＲＰ部材が接着された該被加工材を成形して複合化された金属部材を得てもよい。ＦＲＰ部材のマトリクス樹脂が熱可塑性樹脂であれば、ＦＲＰ部材が接着された部分について曲げ加工等の成形を行うことも可能である。また、ＦＲＰ部材のマトリクス樹脂が熱可塑樹脂である場合、加熱圧着工程と成形工程とが一体となった複合一括成形が行われてもよい。

なお、ＦＲＰ部材と金属部材との接合方法は、上述した接着樹脂層による接着に限られない。例えば、ＦＲＰ部材と金属部材とは、機械的に接合されてもよい。より具体的には、ＦＲＰ部材と金属部材のそれぞれ対応する位置に締結用の孔が形成され、これらがボルトやリベット等の締結手段により当該孔を介して締結されることにより、ＦＲＰ部材と金属部材とが接合されていてもよい。他にも公知の接合手段によってＦＲＰ部材と金属部材とが接合されてもよい。また、複数の接合手段により複合的にＦＲＰ部材と金属部材とが接合されてもよい。例えば、接着樹脂層による接着と、締結手段による締結とが複合的に用いられてもよい。

補強部材としては、ＦＲＰ部材のほかに、種々の材料が用いられ得る。例えば、補強部材は、硬質ポリウレタンフォーム等により形成される発泡性樹脂等、上述した樹脂組成物以外の樹脂組成物で形成されてもよい。また、補強部材は、鋼材やアルミニウム合金部材、マグネシウム合金部材等であってもよい。また、金属部材との接合方法は溶接に限られず、種々の適切な接合方法を用いることができる。

（金属部材およびその表面処理）
本発明に係る金属部材は、めっきされていてもよい。これにより、耐食性が向上する。特に、金属部材が鋼材である場合は、より好適である。めっきの種類は特に限定されず、公知のめっきを用いることができる。例えば、めっき鋼板（鋼材）として、溶融亜鉛めっき鋼板、溶融合金化亜鉛めっき鋼板、Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ系合金めっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、電気Ｚｎ－Ｎｉ系合金めっき鋼板等が用いられ得る。

また、金属部材は、表面に化成処理とよばれる皮膜が被覆されていてもよい。これにより、耐食性がより向上する。化成処理として、一般に公知の化成処理を用いることができる。例えば、化成処理として、りん酸亜鉛処理、クロメート処理、クロメートフリー処理等を用いることができる。また、上記皮膜は、公知の樹脂皮膜であってもよい。

また、金属部材は、一般に公知の塗装が施されているものであってもよい。これにより、耐食性がより向上する。塗装として、公知の樹脂を用いることができる。例えば、塗装として、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂またはふっ素系樹脂等を主樹脂としたものを用いることができる。また、塗装には、必要に応じて、一般に公知の顔料が添加されていてもよい。また、塗装は、顔料が添加されていないクリヤー塗装であってもよい。かかる塗装は、ＦＲＰ部材を複合化する前に予め金属部材に施されていてもよいし、ＦＲＰ部材を複合化した後に金属部材に施されてもよい。また、予め金属部材に塗装が施されたのちにＦＲＰ部材が複合化され、さらにその後塗装が施されてもよい。塗装に用いられる塗料は、溶剤系塗料、水系塗料または紛体塗料等であってもよい。塗装の施工方法として、一般に公知の方法が適用され得る。例えば、塗装の施工方法として、電着塗装、スプレー塗装、静電塗装または浸漬塗装等が用いられ得る。電着塗装は、金属部材の端面や隙間部を被覆するのに適しているため、塗装後の耐食性に優れる。また、塗装前に金属部材の表面にりん酸亜鉛処理やジルコニア処理等の一般に公知の化成処理を施すことにより、塗膜密着性が向上する。

＜３．補強部材の配置例＞
図４に示すように、複数の補強部材２０は、中空部材１０の部材長手方向Ｘの端部から部材長手方向Ｘの全域にわたって間隔をおいて配置されている。詳述すると、本実施形態における各補強部材２０は、図７および図８に示すように中空部材１０の前端１０ａから後端１０ｂにかけて、中空部材１０の内方空間を隔てるようにして間隔Ｐをおいて配置されている。

ここで、本明細書では、中空部材１０の部材長手方向Ｘに垂直な断面における中空部材１０の平面部の長さ（当該断面における直線部の長さ）を“平面幅”と定義する。本実施形態の場合、図６に示す断面における天面部１１ａの長さが天面部１１ａの平面幅であり、同断面における側面部１１ｂの長さが側面部１１ｂの平面幅であり、同断面における底面部１１ｃの長さが底面部１１ｃの平面幅であり、同断面における側面部１１ｄの長さが側面部１１ｄの平面幅である。本実施形態の中空部材１０においては、天面部１１ａの平面幅と底面部１１ｃの平面幅が互いに等しく、一対の側面部１１ｂ、１１ｄの平面幅が互いに等しい。また、天面部１１ａおよび底面部１１ｃの平面幅は、一対の側面部１１ｂ、１１ｄの平面幅よりも短くなっている。

中空部材１０の内方に配置された各補強部材２０の間隔Ｐは、中空部材１０の平面幅のうち、最小の平面幅Ｗ_minの０．８倍以下の長さとなっている。すなわち、本実施形態においては、中空部材１０の各平面部１１ａ～１１ｄの平面幅のうち、最も短い平面幅である天面部１１ａおよび底面部１１ｃの平面幅Ｗ_minの０．８倍以下の間隔Ｐで、中空部材１０の部材長手方向Ｘに沿って各補強部材２０が配置されている。なお、“最小の平面幅Ｗ_min”とは、最大の平面幅Ｗ_maxの１０％以下の平面幅を除いた条件下で最も長さが短い平面幅のことである。例えば図６に示す断面においては、一対の側面部１１ｂ、１１ｄの平面幅が最大の平面幅Ｗ_maxとなるが、仮に天面部１１ａの平面幅が平面幅Ｗ_maxの１０％以下の長さであれば、天面部１１ａ以外の平面幅の中で最も短い平面幅が最小の平面幅Ｗ_minとなる。また、平面幅が部材長手方向Ｘにおいて変化する形状の中空部材１０の場合は、部材長手方向Ｘに垂直な断面の面積が最も小さい位置における中空部材１０の断面形状を基準として最小の平面幅Ｗ_minを定義する。

後述の実施例で示すように、各補強部材２０の間隔Ｐが中空部材１０の最小の平面幅Ｗ_minの０．８倍以下の場合、中空部材１０の部材長手方向Ｘから高荷重が入力された際に、中空部材１０の断面崩れを抑えることが可能となる。これにより荷重入力時におけるフレーム１の反力を大きくすることができ、エネルギー吸収性能を向上させることができる。また、エネルギー吸収性能の向上度合いが大きいために、中空部材１０の板厚を薄くすることができ、フレーム１全体としての重量も軽くすることができる。したがって、本実施形態のフレーム１によれば、軽量化を図ると共に、エネルギー吸収性能を維持または向上させることができる。

また、各補強部材２０の間隔Ｐは、中空部材１０の最小の平面幅Ｗ_minの０．８倍未満であることが好ましく、０．５倍以下であることがさらに好ましい。これにより、フレーム１のエネルギー吸収性能をさらに高めることができる。補強部材２０の間隔Ｐの下限は特に限定されないが、補強部材２０の形状に応じて必然的に定まるものである。例えば本実施形態のように補強部材２０のフランジ２１ａ～２１ｄで、中空部材１０と補強部材２０とが接合される場合には、各補強部材２０の間隔Ｐは、フランジ２１ａ～２１ｄの部材長手方向Ｘの長さに応じて定まる。

また、エネルギー吸収性能についての重量効率を高める観点においては、補強部材の板厚は０．６ｍｍ以下であることが好ましい。また、同様の観点において、補強部材の引張強度は４４０ＭＰａ以上であることが好ましい。

なお、本実施形態では、各補強部材２０の間隔Ｐが中空部材１０の部材長手方向Ｘに沿って一定となっているが、中空部材１０の最小の平面幅Ｗ_minの０．８倍以下であれば、各補強部材２０の間隔Ｐは部材長手方向Ｘに沿って一定でなくてもよい。例えば中空部材１０の形状は、車両用構造部材の用途に応じて適宜変更されるものであるが、中空部材１０の形状に応じて曲げ変形が生じやすい部分と、その他の部分とで、補強部材２０の間隔Ｐや板厚、強度等を変えることによって、曲げ変形が生じやすい部分を重点的に補強してもよい。これにより中空部材１０の断面崩れを効果的に抑えることができる。本明細書においては、そのような曲げ変形が生じやすい部分を“曲げ誘起部”と称す。

曲げ誘起部における補強部材２０の間隔Ｐは、曲げ誘起部以外の部分の補強部材２０の間隔Ｐよりも狭いことが好ましい。これにより、曲げ誘起部における断面崩れを効果的に抑制することができ、エネルギー吸収性能をさらに向上させることができる。同様の理由で、曲げ誘起部における補強部材２０の板厚は、曲げ誘起部以外の部分の補強部材２０の板厚よりも厚いことが好ましい。また、同様の理由で、曲げ誘起部における補強部材２０の引張強度は、曲げ誘起部以外の部分の補強部材２０の引張強度よりも大きいことが好ましい。また、上記のような間隔Ｐ、板厚および引張強度の調節は適宜組み合わせてもよく、これにより曲げ誘起部における断面崩れを効果的に抑制することができ、エネルギー吸収性能をさらに向上させることも可能となる。

＜４．曲げ誘起部の例＞
次に、中空部材１０に設けられる曲げ誘起部の例について説明する。例えば中空部材１０に設けられる穴部、凹部、凸部、板厚変化部、および異強度部等が、曲げ誘起部としての機能を実現する。穴部、凹部、凸部、および板厚変化部のいずれかが設けられた部分は、中空部材１０の部材長手方向Ｘで中空部材１０の断面係数が変化する部分である。中空部材１０の部材長手方向Ｘで断面係数が変化する部分においては、同一の曲げモーメントにより中空部材１０に生じる曲げ応力が変化するので、当該部分において中空部材１０の曲げが誘起される。より具体的には、部材長手方向Ｘで中空部材１０のうち断面係数が相対的に小さい部分については、当該部分における曲げ応力が相対的に大きくなるので、当該部分において屈曲が生じる。また、部材長手方向Ｘで中空部材１０のうち断面係数が相対的に大きい部分については、当該部分の中空部材１０の部材長手方向Ｘの前後における領域を含む部分の断面係数が相対的に小さくなる。したがって、当該領域と上記断面係数が相対的に大きい部分との境界部分において屈曲が生じる。

また、異強度部は、中空部材１０の部材長手方向Ｘで中空部材１０の降伏強度が変化する部分である。中空部材１０の部材長手方向Ｘで降伏強度が変化する部分においては、当該部分における中空部材１０の塑性変形が誘起される。例えば、部材長手方向Ｘで中空部材１０のうち降伏強度が相対的に小さい部分については、当該部分における塑性変形が中空部材１０において最初に生じるため、当該部分において屈曲が生じる。また、部材長手方向Ｘで中空部材１０のうち降伏強度が相対的に大きい部分については、当該部分の中空部材１０の部材長手方向Ｘの前後における領域を含む部分の降伏強度が相対的に小さくなる。したがって、当該領域と上記降伏強度が相対的に大きい部分との境界部分において屈曲が生じる。

また、中空部材１０において、前述した曲げ誘起部としての機能を実現する穴部、凹部、凸部、板厚変化部、および異強度部等を含む部分がないとしても、中空部材１０に加わる荷重入力の方向がある程度特定できる場合は、中空部材１０と接合する周辺部材の拘束の影響を受けて、中空部材内に曲げモーメントが最大となる領域が存在し、当該領域で屈曲が生じる。そのため中空部材１０に発生する曲げモーメントを特定できる場合は、曲げモーメントが最大となる領域も曲げ誘起部としての機能を有している。

以下、中空部材１０に設けられる曲げ誘起部の具体例について説明する。

（穴部）
図９は、本実施形態に係る中空部材１０Ａに設けられる穴部の例を説明するための中空部材１０Ａの断面図である。図９に示すように、側面部１１ｂには穴部５０が設けられている。穴部５０が設けられた部分における中空部材１０Ａの断面係数は、穴部５０が設けられた部分の前後における部分の中空部材１０Ａの断面係数よりも低い。したがって、図９に示す衝突荷重Ｆが中空部材１０Ａに入力された場合、中空部材１０Ａは、穴部５０が設けられた部分において、穴部５０が曲げ内側となるように屈曲する。すなわち、中空部材１０Ａの部材長手方向Ｘにおいて、中空部材１０Ａのうち穴部５０が設けられた部分が、中空部材１０Ａに設けられる曲げ誘起部となる。

また、穴部の形状および配置については、上述した例に限られない。図１０～図１３は、本実施形態に係る中空部材１０Ａに設けられる穴部の他の例を示す模式図である。図１０に示すように、円形の穴部５０ａが側面部１１ｂに設けられてもよい。また、図１１に示すように、複数の穴部５０ｂが側面部１１ｂに設けられてもよい。この場合、例えば、複数の穴部５０ｂが、中空部材１０Ａの部材長手方向Ｘに横切る方向に並んで設けられてもよい。この場合、衝突荷重の入力時において、穴部５０ｂが曲げの起点として、中空部材１０Ａが側面部１１ｂ側に曲げ変形しやすくなる。

また、図１２に示すように、中空部材１０Ａの部材長手方向Ｘに横切る方向に延在する穴部５０ｃが側面部１１ｂに設けられてもよい。この場合、衝突荷重の入力時において、穴部５０ｃが曲げの起点として、中空部材１０Ａが側面部１１ｂ側に曲げ変形する。なお、穴部５０ｃの形状は、図１２に示す角丸矩形に限定されず、あらゆる形状であってもよい。なお、上述した中空部材１０Ａの部材長手方向Ｘに横切る方向は、図１０～図１２に示すような、中空部材１０Ａの部材長手方向Ｘに直交する方向に限定されない。
また、穴部５０の設けられる部分は側面部１１ｂに限られない。例えば、天面部１１ａ、底面部１１ｃ、または側面部１１ｄに穴部５０が設けられてもよい。

また、図１３に示すように、穴部５０ｄが稜線部１１ｅに設けられてもよい。これにより、中空部材１０Ａのうち部材長手方向Ｘで穴部５０ｄが設けられた部分の断面係数が顕著に低下するので、穴部５０ｄが設けられた部分が曲げの起点として曲げ変形しやすくなる。

（凹部）
図１４は、本実施形態に係る中空部材に設けられるビード部の例を説明するための中空部材１０Ｂの断面図である。なお、ビード部５１は、本実施形態における凹部の一例である。図１４に示すように、側面部１１ｂにはビード部５１が設けられている。ビード部５１が設けられた部分における中空部材１０Ｂの断面係数は、ビード部５１が設けられた部分の前後における部分の中空部材１０Ｂの断面係数よりも低い。したがって、図１４に示す衝突荷重Ｆが中空部材１０Ｂに入力された場合、中空部材１０Ｂはビード部５１が設けられた部分において、ビード部５１が曲げ内側となるように屈曲する。すなわち、中空部材１０Ｂの部材長手方向Ｘにおいて、中空部材１０Ｂのうちビード部５１が設けられた部分が、中空部材１０Ｂに設けられる曲げ誘起部となる。

なお、凹部の形状および配置については、上述した例に限られない。図１５～図１８は、本実施形態に係る中空部材１０Ｂに設けられる凹部の他の例を示す模式図である。ここでいう凹部とは、エンボスやビードなどの、中空部材１０Ｂの側面部１１ｂ等に設けられる窪み部分を意味する。図１５に示すように、円形の凹部５１ａが側面部１１ｂに設けられてもよい。

また、図１６に示すように、複数の凹部５１ｂが側面部１１ｂに設けられてもよい。この場合、例えば、複数の凹部５１ｂが、中空部材１０Ｂの部材長手方向Ｘに横切る方向に並んで設けられてもよい。この場合、衝突荷重の入力時において、複数の凹部５１ｂが曲げの起点として、中空部材１０Ｂが側面部１１ｂ側に曲げ変形しやすくなる。

また、図１７に示すように、中空部材１０Ｂの部材長手方向Ｘに横切る方向に延在するビード部５１ｃが側面部１１ｂに設けられてもよい。この場合、衝突荷重の入力時において、ビード部５１ｃが曲げの起点として、中空部材１０Ｂが側面部１１ｂ側に曲げ変形される。なお、ビード部５１ｃの形状は、図１７に示す角丸矩形に限定されず、あらゆる形状であってもよい。
なお、上述した中空部材１０Ｂの部材長手方向Ｘに横切る方向は、図１７に示すような、中空部材１０Ｂの部材長手方向Ｘに直交する方向に限定されない。また、凹部５１の設けられる部分は側面部１１ｂに限られない。例えば、天面部１１ａ、底面部１１ｃ、または側面部１１ｄに凹部５１が設けられてもよい。

また、図１８に示すように、凹部５１ｄが稜線部１１ｅに設けられてもよい。これにより、中空部材１０Ｂのうち部材長手方向Ｘで凹部５１ｄが設けられた部分の断面係数が顕著に変化するので、凹部５１ｄが設けられた部分が曲げの起点として曲げ変形しやすくなる。

図１９は、本実施形態に係る中空部材１０Ｂに設けられる凹部の他の例を示す模式図である。図１９に示すように、中空部材１０Ｂの部材長手方向Ｘに延在する凹部５１ｅ、５１ｆが、中空部材１０Ｂの部材長手方向Ｘに沿って並んで設けられてもよい。この場合、中空部材１０Ｂのうち、部材長手方向Ｘにおける凹部５１ｅと凹部５１ｆとの間の部分５１０で曲げが生じる。すなわち、中空部材１０Ｂのうち、凹部５１ｅ、５１ｆが設けられた部分と、凹部５１ｅと凹部５１ｆとの間の部分５１０とでは断面係数が異なるので、衝突荷重の入力時において、当該部分５１０を曲げの起点として曲げ変形が生じる。また、当該部分５１０には、凹部、後述する凸部、薄肉部または異強度部等が形成されていてもよい。なお、凹部５１ｅおよび凹部５１ｆは、図１９に示すように、必ずしも直列に並んでいなくてもよい。また、凹部５１ｅおよび凹部５１ｆは、必ずしも中空部材１０Ｂの部材長手方向Ｘに延在していなくてもよい。

（凸部）
図２０は、本実施形態に係る中空部材１０Ｃに設けられる凸部の例を説明するための中空部材１０Ｃの断面図である。図２０に示すように、側面部１１ｂには凸部５２が設けられている。凸部５２が設けられた部分における中空部材１０Ｃの断面係数は、凸部５２が設けられた部分の前後における部分の中空部材１０Ｃの断面係数よりも高い。したがって、図２０に示す衝突荷重Ｆが中空部材１０Ｃに入力された場合、中空部材１０Ｃの部材長手方向Ｘにおける凸部５２の前後の領域６ａまたは領域６ｂのうち、最も断面係数が低くなる部分において、凸部５２が曲げ内側となるように屈曲する。なお、この領域６ａおよび領域６ｂは、Ｙ方向における、中空部材１０Ｃの断面係数の変化が生じる領域である。すなわち、中空部材１０Ｃの部材長手方向Ｘにおいて、中空部材１０Ｃのうち凸部５２およびその前後の領域６ａおよび領域６ｂを含む部分が、中空部材１０Ｃに設けられる曲げ誘起部となる。

なお、図２０に示した例では、側面部１１ｂに凸部５２が設けられるとしたが、例えば、凸部５２は、例えば天面部１１ａ、底面部１１ｃまたは側面部１１ｄに設けられてもよい。より具体的に説明すると、凸部５２が、中空部材１０Ｃの部材長手方向Ｘの一部における同一断面上において天面部１１ａ、底面部１１ｃ、または側面部１１ｄに設けられた場合、中空部材１０Ｃの部材長手方向Ｘにおける断面係数は、凸部５２が設けられた部分で変化するので、中空部材１０Ｃの曲げが、凸部５２が設けられた部分において生じ得る。したがって、この場合においても、凸部５２は曲げ誘起部となる。

また、凸部の形状および配置については、上述した例に限られない。図２１～図２４は、本実施形態に係る中空部材１０Ｃに設けられる凸部の他の例を示す模式図である。ここでいう凸部は、例えば、中空部材１０Ｃの加工等により実現される。すなわち、かかる凸部は、中空部材１０Ｃを構成する鋼板の一部を変形させて設けられるものであってもよい。図２１に示すように、円形の凸部５２ａが側面部１１ｂに設けられてもよい。

また、図２２に示すように、複数の凸部５２ｂが側面部１１ｂに設けられてもよい。この場合、例えば、複数の凸部５２ｂが、中空部材１０Ｃの部材長手方向Ｘに横切る方向に並んで設けられてもよい。この場合、衝突荷重の入力時において、中空部材１０Ｃの部材長手方向Ｘにおける複数の凸部５２ｂの前後の領域のいずれかが曲げの起点として、中空部材１０Ｃが側面部１１ｂ側に曲げ変形しやすくなる。

また、図２３に示すように、中空部材１０Ｃの部材長手方向Ｘに横切る方向に延在する凸部５２ｃが側面部１１ｂに設けられてもよい。この場合、衝突荷重の入力時において、中空部材１０Ｃの部材長手方向Ｘにおける凸部５２ｃの前後の領域のいずれかが曲げの起点として、中空部材１０Ｃが側面部１１ｂ側に曲げ変形される。なお、凸部５２ｃの形状は、図２３に示す角丸矩形に限定されず、あらゆる形状であってもよい。なお、上述した中空部材１０Ｃの部材長手方向Ｘに横切る方向は、図２３に示すような、中空部材１０Ｃの部材長手方向Ｘに直交する方向に限定されない。また、凸部５２の設けられる部分は側面部１１ｂに限られない。例えば、天面部１１ａ、底面部１１ｃ、または側面部１１ｄに凸部５２が設けられてもよい。

また、図２４に示すように、凸部５２ｄが稜線部１１ｅに設けられてもよい。これにより、中空部材１０Ｃのうち部材長手方向Ｘで凸部５２ｄが設けられた部分の断面係数が顕著に変化するので、凸部５２ｄが設けられた部分が曲げの起点として曲げ変形しやすくなる。

図２５は、本実施形態に係る中空部材１０Ｃに設けられる凸部の他の例を示す模式図である。図２５に示すように、中空部材１０Ｃの部材長手方向Ｘに延在する凸部５２ｅ、５２ｆが、中空部材１０Ｃの部材長手方向Ｘに沿って並んで設けられてもよい。この場合、中空部材１０Ｃのうち、部材長手方向Ｘにおける凸部５２ｅと凸部５２ｆとの間の部分５２０で曲げが生じる。すなわち、中空部材１０Ｃのうち、凸部５２ｅ、５２ｆが設けられた部分と、凸部５２ｅと凸部５２ｆとの間の部分５２０とでは断面係数が異なるので、衝突荷重の入力時において、当該部分５２０を曲げの起点として曲げ変形が生じる。また、当該部分５２０には、上述した凹部、凸部または後述する薄肉部もしくは異強度部等が形成されていてもよい。なお、凸部５２ｅおよび凸部５２ｆは、図２５に示すように、必ずしも直列に並んでいなくてもよい。また、凸部５２ｅおよび凸部５２ｆは、必ずしも中空部材１０Ｃの部材長手方向Ｘに延在していなくてもよい。

（板厚変化部・薄肉部）
また、側面部１１ｂには曲げ誘起部を実現する構成として板厚変化部が設けられてもよい。図２６は、本実施形態に係る中空部材１０Ｄに設けられる板厚変化部の一例を示す模式図である。ここでいう板厚変化部とは、中空部材１０Ｄの部材長手方向Ｘにおいて板厚が変化する部分を意味する。図２６に示すように、中空部材１０Ｄは、第１板厚部１１１および第２板厚部１１２を備える。第１板厚部１１１は中空部材１０Ｄの端部側に設けられ、第２板厚部１１２は、中空部材１０Ｄの部材長手方向Ｘに沿って第１板厚部１１１と連続して設けられる。第１板厚部１１１と第２板厚部１１２との間では、鋼板の板厚が異なる。板厚の大小関係については特に限定されない。

この場合、図２６に示すように、第１板厚部１１１と第２板厚部１１２との境目の部分が板厚変化部１１３となる。この板厚変化部１１３において中空部材１０Ｄの部材長手方向Ｘでの断面係数が変化する。すなわち、板厚変化部１１３が曲げ誘起部に相当する。したがって、衝突荷重が中空部材１０Ｄに入力された場合、中空部材１０Ｄは板厚変化部１１３において屈曲する。

また、曲げ誘起部は、例えば、薄肉部により実現されてもよい。図２７は、本実施形態に係る中空部材１０Ｄに設けられる薄肉部の一例を示す模式図である。図２７に示すように、側面部１１ｂには、中空部材１０Ｄの部材長手方向Ｘ前後において、他の部分よりも相対的に板厚が薄い薄肉部１１４が設けられている。薄肉部１１４を含む部分における中空部材１０Ｄの断面係数は、薄肉部１１４が設けられた部分の前後における部分の中空部材１０Ｄの断面係数よりも低い。すなわち、中空部材１０Ｄのうち薄肉部１１４が設けられた部分が曲げ誘起部に相当する。したがって、衝突荷重が中空部材１０Ｄに入力された場合、中空部材１０Ｄは薄肉部１１４が設けられた部分において、薄肉部１１４が曲げ内側となるように屈曲する。

かかる板厚変化部を有する中空部材１０Ｄは、例えば、切削、プレス、およびテーラードブランクからなる被加工板により形成されてもよい。かかる被加工板は、溶接線を有するテーラーウェルドブランク（Tailor Welded Blank；ＴＷＢ）であってもよい。また、上記被加工板は、圧延ロールにより板厚を異ならせて設けられるテーラーロールドブランク（Tailor Rolled Blank；ＴＲＢ）であってもよい。ＴＷＢにおいては、板厚変化部における差厚は０．２ｍｍ以上とすることが可能である。また、ＴＲＢにおいては、部材長手方向当たりの板厚変化部における板厚変化量は、０．１ｍｍ／１００ｍｍ以上とすることが可能である。

（異強度部・強度変化部）
図２８は、本実施形態に係る中空部材１０Ｅに設けられる異強度部の例を説明するための中空部材１０Ｅの断面図である。図２８に示すように、側面部１１ｂには異強度部５３が設けられている。異強度部５３は、例えば、中空部材１０Ｅに対して部分的に溶接、焼き入れまたは焼き戻し等の熱処理等を行うことにより設けられる。異強度部５３が設けられた部分における中空部材１０Ｅの降伏強度は、異強度部５３が設けられた部分の前後における部分の中空部材１０Ｅの降伏強度とは異なる。したがって、図２８に示す衝突荷重Ｆが中空部材１０Ｅに入力された場合、異強度部５３または異強度部５３の近傍において、異強度部５３が曲げ内側となるように屈曲する。すなわち、中空部材１０Ｅの部材長手方向Ｘにおいて、中空部材１０Ｅのうち異強度部５３を含む部分が、中空部材１０Ｅに設けられる曲げ誘起部となる。この屈曲は、異強度部５３または異強度部５３の近傍の領域が塑性変形することにより生じる屈曲である。

なお、図２８に示した例では、側面部１１ｂに異強度部５３が設けられるとしたが、異強度部５３は、例えば天面部１１ａ、底面部１１ｃ、または側面部１１ｄに設けられてもよい。より具体的に説明すると、異強度部５３が、中空部材１０の部材長手方向Ｘの一部における同一断面上において天面部１１ａ、底面部１１ｃ、または側面部１１ｄに設けられた場合、当該断面上において側面部１１ｂの強度が最も低くなる。そうすると、側面部１１ｂを曲げ内側とする中空部材１０Ｅの曲げが、異強度部５３において生じ得る。したがって、この場合においても、異強度部５３は曲げ誘起部となる。

また、異強度部の配置については、上述した例に限られない。図２９、図３０は、本実施形態に係る中空部材１０Ｅに設けられる異強度部の他の例を示す模式図である。ここでいう異強度部は、中空部材１０Ｅを形成する被加工板に対する溶接または熱処理等により実現される。

図２９に示すように、中空部材１０Ｅの部材長手方向Ｘに対する断面周方向に沿って異強度部１２０が設けられている。この場合も、中空部材１０Ｅのうち異強度部１２０が設けられた部分が曲げ誘起部に相当する。したがって、衝突荷重が中空部材１０Ｅに入力された場合、中空部材１０Ｅは異強度部１２０が設けられた部分において、異強度部１２０が曲げ内側となるように屈曲する。

なお、かかる異強度部は、例えば、図３０に示したように、側面部１１ｂ等、中空部材１０Ｅの断面を構成する壁部の少なくともいずれかに部分的に設けられてもよい。かかる場合においても、衝突荷重が中空部材１０Ｅに入力された場合、中空部材１０Ｅは異強度部１２１が設けられた部分において、異強度部１２１が曲げ内側となるように屈曲する。

また、曲げ誘起部は、例えば、強度変化部により実現されてもよい。図３１は、本実施形態に係る中空部材１０Ｅに設けられる強度変化部の一例を示す模式図である。図３１に示すように、中空部材１０Ｅは、第１強度部１２２および第２強度部１２３を備える。第１強度部１２２は中空部材１０Ｅの端部側に設けられ、第２強度部１２３は、中空部材１０Ｅの部材長手方向Ｘに沿って第１強度部１２２と連続して設けられる。第１強度部１２２と第２強度部１２３との間では、鋼板の降伏強度が異なる。降伏強度の大小関係については特に限定されない。

この場合、図３１に示すように、第１強度部１２２と第２強度部１２３との境目の部分が強度変化部１２４となる。この強度変化部１２４において中空部材１０Ｅの部材長手方向Ｘでの降伏強度が変化する。すなわち、強度変化部１２４が曲げ誘起部に相当する。したがって、衝突荷重が中空部材１０Ｅに入力された場合、中空部材１０Ｅは強度変化部１２４において屈曲する。

（組み合わせ）
上記に示した曲げ誘起部の例が複数組み合わせられていてもよい。例えば、上述した凹部、凸部、穴部、板厚変化部、薄肉部、異強度部および強度変化部の少なくとも２つ以上の組み合わせにより、曲げ誘起部が実現されてもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明に係るフレームのエネルギー吸収性能を評価するため、衝突シミュレーションを実施した。解析モデルは図１～図３に示すようなバンパービームとフレームで構成されており、中空部材の断面は矩形状となっている。また、解析モデルは下記表１に示す条件で複数作成されている。なお、表１中の軽量化率は、各構造の重量を構造１の重量で規格化したものである。

上記表１の構造１および構造２は、補強部材２０が設けられていない構造であり、構造２は構造１に対して薄板化、およびハイテン化を図ったものである。構造３～構造９は、図４に示すような複数の補強部材２０が中空部材１０の部材長手方向Ｘの全域にわたって一定間隔で配置された構造である。なお、構造３～構造６、構造８および構造９において補強部材の素材として用いられる鋼板の引張強度は４４０ＭＰａである。また、構造７において補強部材の素材として用いられるＣＦＲＰの機械特性は以下のとおりである。
Ｖｆ（繊維含有体積率）：５０％
ヤング率：１０２ＧＰａ
破断強度：１５００ＭＰａ
破断伸び：１．５％

本シミュレーションは、自動車の正面衝突試験を模擬したものであり、質量２００ｋｇの剛体壁を図１～図３に示すバンパービーム４０に１２ｍ／ｓで衝突させることで実施された。なお、各解析モデルにおける中空部材１０の後端１０ｂは拘束されている。

図３２は衝突シミュレーションにおける構造２の解析モデルの変形状態を示す平面図であり、図３３は図３２中のｃ－ｃ断面における中空部材の断面図であり、図３４は図３２中のｄ－ｄ断面における中空部材の断面図である。構造２は補強部材が設けられていない構造であり、図３３および図３４に示すように、中空部材は断面崩れが生じた状態、つまり折れ点で断面が潰れるもしくは膨らみながら変形していた。このような中空部材の変形は、構造１においても生じていた。

図３５は衝突シミュレーションにおける構造３の解析モデルの変形状態を示す平面図であり、図３６は図３５中のｃ－ｃ断面における中空部材の断面図であり、図３７は図３５中のｄ－ｄ断面における中空部材の断面図である。構造３は補強部材が設けられた構造であるが、図３６および図３７に示すように、中空部材は断面崩れが生じた状態、つまり折れ点で断面が潰れるもしくは膨らみながら変形していた。このような中空部材の変形は、構造４においても生じていた。

一方、図３８は衝突シミュレーションにおける構造５の解析モデルの変形状態を示す平面図であり、図３９は図３８中のｃ－ｃ断面における中空部材の断面図であり、図４０は図３９中のｄ－ｄ断面における中空部材の断面図である。構造５は構造３および構造４と同様に補強部材が設けられた構造であるが、図３６および図３７に示すように、構造５の中空部材は、構造３および構造４の場合と異なり、断面崩れが抑制された状態で変形していた。このような中空部材の変形は構造６～９においても生じていた。

次に、剛体壁を衝突させた際の荷重‐ストローク線図から、剛体壁の７００ｍｍストローク時におけるエネルギー吸収量を算出し、各解析モデルのエネルギー吸収性能を比較した。その結果を図４１に示す。なお、図４１のグラフの縦軸は、各構造におけるエネルギー吸収量と構造１のエネルギー吸収量との比である。

図４１に示すように、補強部材が配置された構造５および構造６においては、構造１に対してエネルギー吸収性能が向上している。また、構造５および構造６におけるエネルギー吸収性能は、補強部材が配置された構造３および構造４におけるエネルギー吸収性能よりも向上している。上記表１に示すように、構造５および構造６においては、各補強部材の間隔が構造３および構造４に対して狭くなっている。本シミュレーションの結果によれば、各補強部材の間隔が中空部材の最小の平面幅Ｗ_minの０．８倍以下の場合には、より優れたエネルギー吸収性能を発揮することがわかる。また、上記表１に示すように構造５および構造６は、構造１に対する軽量化率も大きいことから、構造５および構造６のような車両用構造部材によれば、軽量化を図りつつ、エネルギー吸収性能を向上させることができる。

また、構造７は、補強部材としてＣＦＲＰ部材が用いられた解析モデルであるが、図４１に示すように、構造７においても構造１に対してエネルギー吸収性能が向上している。構造７の場合も、構造１に対する軽量化率が大きいことから、ＣＦＲＰからなる補強部材が設けられた構造７のような車両用構造部材においても、軽量化を図りつつ、エネルギー吸収性能を向上させることができる。

また、構造８および構造９の中空部材は、構造１の中空部材の板厚よりも薄くなっているが、構造８および構造９におけるエネルギー吸収性能は、構造１に対してエネルギー吸収性能が維持または向上している。さらに、構造８および構造９においては、フレーム全体としての軽量化率も大きい。したがって、構造８および構造９のような車両用構造部材においても、軽量化を図りつつ、エネルギー吸収性能の向上を図ることができる。

１フレーム
１０中空部材
１０ａ中空部材の前端
１０ｂ中空部材の後端
１１ａ中空部材の天面部
１１ｂ、１１ｄ中空部材の側面部
１１ｃ中空部材の底面部
１１ｅ～１１ｈ中空部材の稜線部
２０補強部材
２０ａ補強部材の板面
２１ａ～２１ｄ補強部材のフランジ
３０クラッシュボックス
４０バンパービーム
Ｗ_max 中空部材の最大平面幅
Ｗ_min 中空部材の最小平面幅

Claims

引張強度が９８０ＭＰａ以上である金属製の中空部材と、
前記中空部材の内面に接合された、該中空部材の内方空間を隔てるように該中空部材の部材長手方向に沿って間隔をおいて複数配置された板状の補強部材とを備え、
前記中空部材の部材長手方向に垂直な断面における該中空部材の平面部の長さを平面幅と定義したとすると、各補強部材は、該補強部材の板面が前記中空部材の部材長手方向に垂直となる向きで、かつ前記中空部材の部材長手方向の全域にわたって前記中空部材の最小の平面幅の０．５倍以上、０．８倍以下の間隔で配置されている、車両用構造部材。
前記補強部材は、ＦＲＰからなる部材である、請求項１に記載の車両用構造部材。
前記ＦＲＰは、ＣＦＲＰまたはＧＦＲＰである、請求項２に記載の車両用構造部材。
前記補強部材は、鋼材からなる部材であり、
前記補強部材の引張強度は、４４０ＭＰａ以上である、請求項１に記載の車両用構造部材。
前記補強部材の板厚は、０．６ｍｍ以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の車両用構造部材。